基于物聯(lián)網(wǎng)的校園卡系統(tǒng)

1、基于物聯(lián)網(wǎng)的手機校園卡綁定系統(tǒng)摘要：從上個世紀(jì)比爾蓋茨在未來之路中提到“物聯(lián)網(wǎng)”這一概念之后，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)就作為一個戰(zhàn)略性的新興產(chǎn)業(yè)得到了廣泛而迅速的發(fā)展。普適計算的提出使得網(wǎng)絡(luò)微型化，同時，RFID（無線射頻識別技術(shù)）使得一個微小的便攜標(biāo)簽也能傳輸數(shù)據(jù)，只需要一個閱讀器就能解讀并根據(jù)特定應(yīng)用需要處理數(shù)據(jù)。所以，物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)正在走近我們的生活，正如我們的校園卡就是物聯(lián)網(wǎng)的一種體現(xiàn)。然而校園卡畢竟不具備如手機般強大的通信能力以及各種應(yīng)用層功能，如果能實現(xiàn)手機與校園卡的綁定將極大的方便我們的校園生活。所以，手機和校園卡相結(jié)合將是一個巨大的潛在市場，必將在學(xué)生這一群體中得到歡迎和支持。關(guān)鍵字：物聯(lián)網(wǎng)技術(shù)

2、，RFID，校園卡，手機。1. 相關(guān)概念介紹物聯(lián)網(wǎng)定義：目前，物聯(lián)網(wǎng)還沒有一個精確且公認(rèn)的定義。這主要歸因于：第一，物聯(lián)網(wǎng)的理論體系沒有完全建立，對其認(rèn)識還不夠深入，還不能透過現(xiàn)象看出本質(zhì)；第二，對于互聯(lián)網(wǎng)，移動通信網(wǎng)和傳感網(wǎng)等領(lǐng)域的研究，不同的研究者有不同觀點，暫時不能達成共識。所以我們暫時可以認(rèn)為：物聯(lián)網(wǎng)是一個基于互聯(lián)網(wǎng)，移動通信網(wǎng)等信息載體，讓所有能夠被獨立尋址的普通物理對象實現(xiàn)互聯(lián)互通的網(wǎng)絡(luò)。它具有普通對象設(shè)備化，自治終端互聯(lián)化和普適服務(wù)智能化3個重要特征。RFID技術(shù)：射頻識別技術(shù)RFID（Radio Frequency Identification），是一種通信技術(shù)，可以通過無線電

3、訊號識別特定目標(biāo)并讀寫相關(guān)數(shù)據(jù)，無線電的信號是通過調(diào)成無線電頻率的電磁場，把數(shù)據(jù)從附著在物品上的標(biāo)簽上傳送出去，以自動辨識與追蹤該物品。某些標(biāo)簽在識別時從識別器發(fā)出的電磁場中就可以得到能量，并不需要電池，也有標(biāo)簽本身擁有電源，并可以主動發(fā)出無線電波。標(biāo)簽包含了電子存儲的信息，數(shù)米之內(nèi)都可以識別。與條形碼不同的是，射頻標(biāo)簽不需要處在識別器視線之內(nèi)，也可以嵌入被追蹤物體之內(nèi)。許多行業(yè)都運用了射頻識別技術(shù)。將標(biāo)簽附著在一輛正在生產(chǎn)中的汽車，廠方便可以追蹤此車在生產(chǎn)線上的進度。倉庫可以追蹤藥品的所在。射頻標(biāo)簽也可以附于牲畜與寵物上，方便對牲畜與寵物的積極識別。由于這項技術(shù)可能會在未經(jīng)本人許可的情況下讀

4、取個人信息，這項技術(shù)也會有侵犯個人隱私的隱患。組成部分：（1）應(yīng)答器：由天線，耦合元件及芯片組成，一般來說都是用標(biāo)簽作為應(yīng)答器，每個標(biāo)簽具有唯一的電子編碼，附著在物體上標(biāo)識目標(biāo)對象。（2）閱讀器：由天線，耦合元件，芯片組成，讀取（有時還可以寫入）標(biāo)簽信息的設(shè)備，可設(shè)計為手持式rfid讀寫器（如：C5000W）或固定式讀寫器。（3）應(yīng)用軟件系統(tǒng) ：是應(yīng)用層軟件，主要是把收集的數(shù)據(jù)進一步處理，并為人們所使用。 RFID的若干優(yōu)勢：RFID是一項易于操控，簡單實用且特別適合用于自動化控制的靈活性應(yīng)用技術(shù)，識別工作無須人工干預(yù)，它既可支持只讀工作模式也可支持讀寫工作模式，且無需接觸或瞄準(zhǔn)；可自由工作在

5、各種惡劣環(huán)境下：短距離射頻產(chǎn)品不怕油漬、灰塵污染等惡劣的環(huán)境，可以替代條碼，例如用在工廠的流水線上跟蹤物體；長距射頻產(chǎn)品多用于交通上，識別距離可達幾十米，如自動收費或識別車輛身份等。射頻識別系統(tǒng)主要有以下幾個方面系統(tǒng)優(yōu)勢：（1）讀取方便快捷：數(shù)據(jù)的讀取無需光源，甚至可以透過外包裝來進行。有效識別距離更大，采用自帶電池的主動標(biāo)簽時，有效識別距離可達到30米以上（2）識別速度快：標(biāo)簽一進入磁場，解讀器就可以即時讀取其中的信息，而且能夠同時處理多個標(biāo)簽，實現(xiàn)批量識別（3）數(shù)據(jù)容量大：數(shù)據(jù)容量最大的二維條形碼（PDF417），最多也只能存儲2725個數(shù)字；若包含字母，存儲量則會更少；RFID標(biāo)簽則可以

6、根據(jù)用戶的需要擴充到數(shù)十K（4）使用壽命長，應(yīng)用范圍廣：其無線電通信方式，使其可以應(yīng)用于粉塵、油污等高污染環(huán)境和放射性環(huán)境，而且其封閉式包裝使得其壽命大大超過印刷的條形碼（5）標(biāo)簽數(shù)據(jù)可動態(tài)更改：利用編程器可以向?qū)懭霐?shù)據(jù)，從而賦予RFID標(biāo)簽交互式便攜數(shù)據(jù)文件的功能，而且寫入時間相比打印條形碼更少（6）更好的安全性：不僅可以嵌入或附著在不同形狀、類型的產(chǎn)品上，而且可以為標(biāo)簽數(shù)據(jù)的讀寫設(shè)置密碼保護，從而具有更高的安全性（7）動態(tài)實時通信：標(biāo)簽以與每秒50100次的頻率與解讀器進行通信，所以只要RFID標(biāo)簽所附著的物體出現(xiàn)在解讀器的有效識別范圍內(nèi)，就可以對其位置進行動態(tài)的追蹤和監(jiān)控2需求分析在現(xiàn)在

7、大學(xué)校園中，每個學(xué)生都擁有自己的手機，而且，隨著Android智能手機的出現(xiàn)，手機的功能越來越豐富，因此，基于Android的手機功能系統(tǒng)開發(fā)，已具備條件。隨著學(xué)校管理現(xiàn)代化方向意識的不斷增強，基于校園卡應(yīng)用的計算機管理系統(tǒng)已日益普及。然而，由于校園卡功能的局限，其靈活性常常不能滿足學(xué)生日益豐富的需求。比如：校園卡并沒有實現(xiàn)在線訂餐系統(tǒng)，沒有實現(xiàn)圖書預(yù)定功能，每次圈存都要借助終端機，用電管理系統(tǒng)，車載管理系統(tǒng)等的劃款極為不便。現(xiàn)代化的校園管理應(yīng)該具有：高速的信息傳遞、管理更精細(xì)周到而工作更輕松方便、能促進學(xué)校教育、教學(xué)質(zhì)量推向一個新階段。信息時代的校園，當(dāng)然離不開信息化的管理。校園卡手機綁定系

8、統(tǒng)將智能IC卡的強大功能與計算機網(wǎng)絡(luò)的數(shù)字化理念融入校園，將學(xué)校各個系統(tǒng)連為一體，動態(tài)掌握每位學(xué)生的情況，極大提高學(xué)校的管理水平。學(xué)生校園卡取代了學(xué)校管理和生活中所使用的各種個人證件和現(xiàn)金支付手段，在一張小小的校園卡上實現(xiàn)生活消費、圖書借閱、身份認(rèn)證、網(wǎng)上交費等多種功能。手機端的各種應(yīng)用將更大的豐富校園卡的用途。對于運營商來說，通過此綁定系統(tǒng)可以黏住用戶，提高用戶使用本運營商手機及服務(wù)的忠誠度，可以增加新用戶并培養(yǎng)其使用習(xí)慣，從而搶占其它運營商的用戶，學(xué)校具有特殊性，每年都有新學(xué)生進來，因此每年的招生名額都是潛在的且確定的用戶。對于學(xué)校來說，系統(tǒng)的運行與加工處理可以提取大量的信息資源，累積和整

9、合學(xué)校管理決策所需要的管理與控制信息，可以幫助學(xué)校將管理過程逐步升華完善為數(shù)據(jù)，信息，決策，控制，考核的過程，使管理更加科學(xué)化、規(guī)范化，提高管理效率，使學(xué)校的管理水平躍升到更高的平臺，可以有效地對學(xué)生進行管理，提高管理的質(zhì)量和效率，可以有效控制人員的出入，提高了學(xué)校的人身和財產(chǎn)的安全和日常的管理秩序 。3.系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)功能（1） 在線訂餐：學(xué)生通過手機客戶端在線查詢食堂可以提供的食物，然后根據(jù)自己的喜好預(yù)定午餐或晚餐，可以直接網(wǎng)上付費，也可取餐時再進行付款，所有信息都已制定完成之后，通過手機校園卡綁定系統(tǒng)將相應(yīng)信息從手機端傳入校園卡中，學(xué)生可以隨時隨地進行訂餐，只需在食堂開放時間直接前去刷校園

10、卡取餐即可。（2） 圖書預(yù)約：學(xué)生通過手機客戶端的圖書管理系統(tǒng)可以查詢到自己想要找的圖書，為避免已經(jīng)看上的書被別人搶先借走，以及省卻了再到圖書館茫茫書海中去尋找的功夫，此系統(tǒng)可以將所預(yù)定的圖書信息以及學(xué)生自己的個人信息在圖書館的數(shù)據(jù)庫中更新，預(yù)約即鎖定想要借的那本圖書，再將相關(guān)信息傳入校園卡，屆時圖書館的工作人員會將書放置到指定的預(yù)約區(qū)域，直接刷卡借走即可。（3） 微型終端：現(xiàn)在的校園卡有一個非常大的缺陷，即圈存，向用電管理系統(tǒng)，向車載管理系統(tǒng)等劃款都要借助終端機，但是終端機并非隨處可見，而且造價不菲，學(xué)生有時校園卡里沒錢了卻又找不到終端機，著實不便。手機校園卡綁定系統(tǒng)可以將手機視為終端，在手

11、機客戶端進行各種圈存，繳費的活動，然后將數(shù)據(jù)傳入校園卡，實現(xiàn)微型終端的功能。感知層感知層的核心技術(shù)為RFID（無線射頻識別技術(shù)），目前，大多數(shù)的校園卡都已實現(xiàn)了通過RFID技術(shù)來和終端機器進行數(shù)據(jù)傳輸這一功能，這為手機校園卡綁定系統(tǒng)的實現(xiàn)奠定了良好的基礎(chǔ)。RFID技術(shù)前文已經(jīng)有過介紹，這里不再說明，手機校園卡綁定系統(tǒng)將采用NFC技術(shù)。NFC技術(shù)是近距離無線通訊技術(shù)，由RFID演變而來，由飛利浦、諾基亞和索尼共同研制開發(fā)，其基礎(chǔ)是RFID及互連技術(shù)。NFC是一種短距高頻的無線電技術(shù)，在13.56MHz頻率運行于20厘米距離內(nèi)。其傳輸速度有106 Kbit/秒、212 Kbit/秒或者424 Kb

12、it/秒三種。目前近場通信已通過成為ISO/IEC IS 18092國際標(biāo)準(zhǔn)、EMCA-340標(biāo)準(zhǔn)與ETSI TS 102 190標(biāo)準(zhǔn)。支持NFC的設(shè)備可以在主動或被動模式下交換數(shù)據(jù)。在被動模式下，啟動NFC通信的設(shè)備，也稱為NFC發(fā)起設(shè)備(主設(shè)備)，在整個通信過程中提供射頻場(RF-field)。另一臺設(shè)備稱為NFC目標(biāo)設(shè)備(從設(shè)備)，不必產(chǎn)生射頻場，而使用負(fù)載調(diào)制(load modulation)技術(shù)，即可以相同的速度將數(shù)據(jù)傳回發(fā)起設(shè)備。因此，NFC發(fā)起設(shè)備在被動模式下，可以用相同的連接和初始化過程檢測非接觸式智能卡或NFC目標(biāo)設(shè)備，并與之建立聯(lián)系。NFC主動通信模式NFC與RFID還是諸

13、多區(qū)別的。第一，NFC將非接觸讀卡器、非接觸卡和點對點功能整合進一塊單芯片，而RFID必須有閱讀器和標(biāo)簽組成。RFID只能實現(xiàn)信息的讀取以及判定，而NFC技術(shù)則強調(diào)的是信息交互。通俗的說NFC就是RFID的演進版本，雙方可以近距離交換信息。第二，NFC傳輸范圍比RFID小，RFID的傳輸范圍可以達到幾米、甚至幾十米，但由于NFC采取了獨特的信號衰減技術(shù)，相對于RFID來說NFC具有距離近、帶寬高、能耗低、私密性好等特點。第三，應(yīng)用方向不同，NFC看更多的是針對于消費類電子設(shè)備相互通訊，有源RFID則更擅長在長距離識別。NFC和藍(lán)牙（Bluetooth）都是短程通信技術(shù)，而且都被集成到移動電話。

14、但NFC不需要復(fù)雜的設(shè)置程序。NFC也可以簡化藍(lán)牙連接。NFC略勝藍(lán)牙的地方在于設(shè)置程序較短，但無法達到低功率藍(lán)牙（Bluetooth Low Energy）的速度。在兩臺NFC設(shè)備相互連接的設(shè)備識別過程中，使用NFC來替代人工設(shè)置會使創(chuàng)建連接的速度大大加快：少于十分之一秒。對于移動電話或是移動消費性電子產(chǎn)品來說，NFC的使用比較方便。NFC的短距離通信特性正是其優(yōu)點，由于耗電量低、一次只和一臺機器鏈接，擁有較高的保密性與安全性，NFC有利于信用卡交易時避免被盜用。這就是手機校園卡綁定系統(tǒng)選擇使用NFC技術(shù)的理由。最為重要的是，三星在其Galaxy系列手機的第三代手機S III上就推出了一個名

15、為Android Beam的功能，其實質(zhì)就是NFC通信技術(shù)，這為手機與校園卡實現(xiàn)交互提供了現(xiàn)實可能。網(wǎng)絡(luò)層手機校園卡組網(wǎng)方式首先，校園有多個部門，每個部門都有自己內(nèi)部的局域網(wǎng)，要想把此系統(tǒng)應(yīng)用到每個部門，就需要連接每個部門的局域網(wǎng)。其次，此系統(tǒng)應(yīng)用于整個校園中，因此在校園局域網(wǎng)中，也需要通過網(wǎng)絡(luò)防火墻，連接到校園局域網(wǎng)，然后，手機校園卡的消費系統(tǒng)需要連接銀行系統(tǒng)接口來實現(xiàn)金錢的交易。應(yīng)用層手機校園卡綁定系統(tǒng)的豐富功能必須通過手機客戶端的定制軟件來體現(xiàn)。軟件架構(gòu)1. 用戶層：用戶界面的設(shè)計。學(xué)生可以通過軟件來進行個性化管理，可以查詢個人信息，以及管理自己在各個系統(tǒng)的信息2. 表現(xiàn)層：表現(xiàn)層是為用

16、戶層服務(wù)的，用戶層通過表現(xiàn)層來進行各個系統(tǒng)的操作。表現(xiàn)層的設(shè)計主要是各種服務(wù)類接口，如各終端機接口，手機交互接口等。另外，還需提供業(yè)務(wù)邏輯入口，來連接業(yè)務(wù)邏輯控制即邏輯層。3. 邏輯層：邏輯層大體上分為公用組件和專用組件兩大部分，公用組件是給每個子系統(tǒng)提供的服務(wù)。包括身份認(rèn)證，權(quán)限識別，校園卡管理，學(xué)生信息管理，綜合查詢等。專用組件是為每個部門設(shè)計的，服務(wù)于不同的部門。專用組件有以下幾個方面：食堂消費，機房管理，圖書館管理，用電管理等等。4. 存儲層：存儲層包含兩個主要數(shù)據(jù)庫：（1）學(xué)生信息數(shù)據(jù)庫：該數(shù)據(jù)庫是存儲本系統(tǒng)的學(xué)生信息。學(xué)生在進行注冊時，該數(shù)據(jù)保存學(xué)生的姓名，學(xué)號，班級，銀行卡號，手

17、機號等等所有個人的私有信息?？紤]到學(xué)生信息安全問題，該數(shù)據(jù)庫設(shè)計時對于安全需求應(yīng)放在最高層面，同時應(yīng)建立相應(yīng)的維護團隊進行專門維護。（2）公共信息數(shù)據(jù)庫：公共信息數(shù)據(jù)庫是此系統(tǒng)的中心部分。該數(shù)據(jù)庫不僅要存儲各個部門與此系統(tǒng)的接口，而且還要保存每個部門的公用部分。另外，邏輯部分的公用組件信息，都要保存到公共信息數(shù)據(jù)庫中。公共信息數(shù)據(jù)庫提供了整個系統(tǒng)的公共部分，學(xué)生通過訪問公共信息數(shù)據(jù)庫，可以進行所有公共權(quán)限的操作。接口設(shè)計系統(tǒng)的接口是把各個子系統(tǒng)系統(tǒng)連接起來正常運轉(zhuǎn)的關(guān)鍵。（1）與校園現(xiàn)有的應(yīng)用系統(tǒng)的對接校園應(yīng)用系統(tǒng)是一個龐大而且復(fù)雜的系統(tǒng)，但是在現(xiàn)代化的校園中，校園數(shù)字化發(fā)展的已有相當(dāng)長的一段

18、時間。因此，在接口設(shè)計上，技術(shù)難題應(yīng)該不是太大。與校園原有系統(tǒng)接口的設(shè)計，可以考慮原有系統(tǒng)的可擴展性。在原來的系統(tǒng)上創(chuàng)建一個新的接口與手機校園卡系統(tǒng)進行數(shù)據(jù)交互，并且要求雙方采用共同的傳輸協(xié)議。同時要考慮到系統(tǒng)的穩(wěn)定性。接口的設(shè)計需要包括圖書館系統(tǒng)。機房管理系統(tǒng)，銀行管理系統(tǒng)，圈存劃款系統(tǒng)等子系統(tǒng)的對接。（2）與銀行系統(tǒng)的接口與銀行系統(tǒng)的接口涉及到金融安全性問題。因此需要對接口網(wǎng)絡(luò)的安全嚴(yán)格把關(guān)。而對于該接口的設(shè)計，學(xué)校方面和銀行方面分別需要考慮一些功能的實現(xiàn)。學(xué)校方面需要考慮的功能：a.消費提醒功能，以及賬戶余額變動提醒功能。b.賬戶鎖定及解鎖功能，可通過手機短信和電腦終端進行鎖定和解鎖，并在操作過程中需要輸入密碼。c.賬戶余額短信查詢功能。d.消費記錄短信查詢功能。銀行方面需要考慮的功能：a. 交易前置機b. 預(yù)留轉(zhuǎn)賬接口具體實現(xiàn)由銀行負(fù)責(zé)具體建設(shè)方案。（3）擴展接口此接口首要考慮的是系統(tǒng)給的可擴展